Transcript Prezentacja

Wyznaczanie współczynnika
przewodnictwa cieplnego
termoizolacji naziemnych sieci
ciepłowniczych
RISO 50
Wykonali członkowie koła fizycznego FIZYKOMANIA
działającego w Publicznym Gimnazjum Nr 8 w Łodzi:
Krystian Bąk
Michał Hajdan
Wiktor Szadowiak
Mateusz Skwarski

Charakterystyka materiału
izolacyjnego

Rodzaj materiału – poliuretan spieniony
Gęstość – 20kg/m3
Skuteczność izolacji -  = 0,035W/m•K przy
40oC
Odporność temperaturowa – do 135oC



Opis zestawu pomiarowego
Do badań został użyty fragment (15cm długości) izolacji rur prostych o średnicy
wewnętrznej 5cm i średnicy zewnętrznej 10,7cm. Badana próbka została
zamknięta z dwóch stron poprzez przyklejenie płytek termoizolacyjnych o
grubości 4cm (sztywna pianka poliuretanowa) tworząc swoisty rodzaj kalorymetru.
W górnej pokrywie kalorymetru
zrobiono dwa otwory:
-wlewowy do napełniania ciepłą wodą
-do wprowadzenia czujnika temperatury
wewnętrznej kalorymetru.
Do ścianki zewnętrznej przymocowano
drugi czujnik do pomiaru temperatury
zewnętrznej. Temperaturę mierzono
przy użyciu termoelementów. Mierniki
pokazują temperaturę mierzoną w ºC.
Układ pomiarowy
,,Kalorymetr’’ zrobiony z badanej izolacji
 Miernik temperatury wewnętrznej
 Miernik temperatury zewnętrznej
termicznej
Wykonywano pomiary spadku temperatury wewnątrz kalorymetru (co 3 minuty),
kontrolując jednocześnie temperaturę ścianki zewnętrznej.
Pomiary
L.p.
T wew.
T zew.
t [min]
1
47,5
27
3
…
…
…
…
20
40,7
25
60
Badany „kalorymetr” został wypełniony wodą o temperaturze około 50ºC.
W odstępach 3 minutowych mierzono temperatury Twew i Tzew kalorymetru.
Wyniki pomiarów ilustruje powyższa tabela.
Obliczenia
Dla ciała przewodzącego ciepło w warunkach stanu stabilnego, które
stanowi przegrodę dla przepływu ciepła ilość przekazywanej energii
wyraża się wzorem:
Q
S  T  t
d
Q – ilość ciepła przepływającego przez ciało
λ – współczynnik przewodnictwa cieplnego
S – pole powierzchni przekroju przez które przepływa ciepło
t – czas przepływu ciepła
∆T – różnica temperatur
∆T = Twew - Tzew
d – grubość przegrody
Współczynnik przewodnictwa cieplnego - 
Współczynnik przewodnictwa cieplnego wyznaczamy z poprzedniej
zależności :
W 
 


t S  T  m K 
Q
d
λ – współczynnik przewodnictwa cieplnego
Q – ilość ciepła przepływającego przez ciało
S – pole powierzchni przekroju przez które przepływa ciepło
t – czas przepływu ciepła
∆T – różnica temperatur
d – grubość przegrody
Obliczanie ilości ciepła Q przenikającego
przez ścianki „kalorymetru”

Q  mw  cw  T1




J
mw - masa wody w kalorymetrze
Cw - ciepło właściwe wody
∆T1 - spadek temperatury wewnętrznej
w okresie między dwoma pomiarami
Czas pomiaru t = 60 minut
∆T1 = 46,5˚C – 39,7 ˚C = 6,8 ˚C
Q  0,282kg  4200
 6,8C  7580J
kgC
Obliczanie pola przekroju przez
które przepływa ciepło
S = Sb + Sp


h



Sb – powierzchnia ścian
bocznych
Sp – powierzchnia
podstaw
Rwew = 0,025m
Rzew = 0,054m
Rśr ≈ 0,04m
Sb  2Rśr  h  2  3,14  0,04m  0,15m  0,037m
S p  2R
2
wew
 2  3,14  0,025m  0,004m
2
2
S  Sb  S p  0,037m  0,004m  0,041m
2
2
2
2
Obliczanie współczynnika przewodnictwa cieplnego
badanej próbki
d= Rzew-Rwew=0,029m
Tw1=47,5ºC-27ºC=20,5ºC
Tw2=40,5ºC-25ºC=15,5ºC
Tśr= (20,5ºC+ 15,5ºC)/2=18ºC
Q=7580J
S=0,041m2
t=3600s

Q
t

d
S  Tśr

7580 J

0,029 m
3600 s 0,041m 2  18C
 0,0819
W
mK
Obliczanie niepewności pomiarów
Dziękujemy za uwagę